2024年度上市公司数字化转型最佳实践丨北方稀土：北方稀土冶炼华美隧道窑自动化项目
为进一步落实党中央、国务院关于发展新质生产力、打造数字经济新优势等决策部署，坚定实施数字化转型任务，推动数字经济发展，中国上市公司协会开展了上市公司数字化转型最佳实践案例征集活动，并从技术领先、场景创新、社会价值贡献、产业链建设四个维度遴选出了40个优秀、69个典型案例入选《上市公司数字化转型典型案例》，这些案例集中反映了上市公司在数字化转型过程中的实践、挑战与成功经验，为上市公司开展数字化转型提供参考和借鉴。
中国北方稀土(集团)高科技股份有限公司（600111.SH）
北方稀土冶炼华美隧道窑自动化项目（典型案例）
一、公司简介
中国北方稀土（集团）高科技股份有限公司（简称中国北方稀土）始建于1961年，是中国稀土工业的起源，总部位于内蒙古包头市。1997年在上海证券交易所上市，被誉为“中华稀土第一股”。2015年率先完成稀土大集团组建，实现对北方轻稀土资源的集中统一管理。截至2023年末，拥有分子公司40余家，员工9600余人，产业遍及内蒙古、甘肃、山东、河北、广东、江西、福建、北京等全国8个省（市、自治区），总资产404.97亿元，总市值699亿元，是全球规模最大、产值最高、效益最好的稀土行业龙头企业。稀土是国家战略性矿产资源，中国北方稀土统筹稀土资源产学研用等各方面力量，积极推动新一代绿色高效采选冶技术研发应用，加大高端稀土新材料攻关和产业化进程，明确公司重点工作和各分子公司的关键指标及提升方向，挂图作战，按节点推进，着力推动稀土产业高端化、智能化、绿色化发展，获评内蒙古自治区工业数字化转型示范标杆企业。
二、案例简述
该项目在北方稀土冶炼分离的骨干企业——冶炼分公司（华美公司）落地实施，其灼烧工序隧道窑是稀土氧化物生产的关键环节。该工序生产工艺是将原料装入耐高温匣钵通过窑车送入隧道窑中进行分段高温灼烧，形成稀土氧化物产品出窑后倒入容器中储存。原先装卸料环节采用人工作业模式，生产现场粉尘大、易吸入，重复性劳动量大。隧道窑自动化项目新增自动拆垛、自动码垛、自动翻转收料等机器人设备，打造全自动生产线。改造后，人工成本减少71%，天然气从原来的平均340立降低到307立，自动化连续化作业生产效率大幅提升，产品装车量稳定可控，一次合格率明显改善。该项目机器人已获得实用新型专利，具有极强的推广价值。
（一）业务模式
北方稀土冶炼华美隧道窑自动化项目案例为稀土行业灼烧工序3D岗位机器换人提供典范，自动化倒料等脏累险岗位采用机器手倒料，整个倒料工序密封在除尘室里面，伤害降低、环境污染降低，智能机器人、自动化产线将产线职工从繁重的劳动中解放出来，为稀土冶炼实现质量变革、效率变革增添新动力。项目为其他企业提供了借鉴和参考，集团公司内部和发稀土、甘肃903稀土隧道窑工序都已成功复制并顺利应用。
（二）技术架构
该项目设备安装在灼烧生产线，位于中国北方稀土（集团）高科技股份有限公司冶炼分公司（华美公司）二车间天然气隧道窑厂房内。二车间灼烧生产线为72米天然气隧道窑，主要产品是稀土氧化物，原料为上游工序的碳酸稀土，生产工艺是将原料装入耐高温匣钵中，对原料进行插孔后，再将匣钵以4L×4W×6H方式堆码到窑车上，由窑车送入隧道窑中进行分段高温灼烧，产品由窑尾出窑后，将烧好后的稀土氧化物倒入到收集容器中。
项目改造前，每条隧道窑每班员工7人，四班两倒。每班2人负责稀土碳酸盐灌装及码垛，2人负责稀土氧化物的拆垛及卸料，1人负责倒运吨包，1人开叉车，1人管理窑炉。由于稀土氧化物的物理特性，造成现场粉尘大，易吸入，且生产线员工重复性劳动量大。
该项目改造内容是增加一套包括窑车连锁控制、自动拆垛、自动码垛、自动翻转收料设备及辅助装置等相关配套设备设施在内的集成全自动生产线，以替代人工操作。项目共配置3台机器人，两台ABB机器人（负责拆垛码垛）、一台KUKA机器人（负责倒料）。其中，两台ABB机器人率先运用目前最先进的视觉识别技术，对拆码垛工序进行识别和控制。整套生产线由西门子1500和从站统一进行指挥和管理。
该项目采用了深度3D相机，将3D相机获取到的点运信息加以处理，用点云聚类、分割、三维匹配等大量图像算法，识别匣钵所处的三维坐标位置与形态，然后判断其相应的尺寸、形状，再结合AI人工智能算法，动态生成机器人可识别的编码与指令，配合系统中其它传感器，可以让机器人自动感知、自动决策与自动规划路径进行匣钵的智能抓放。
通过使用机械臂代替人工操作，减少该工序下每班组操作人员，从而达到降低人工劳动强度，缩短人工处理时间，从而提高工作效率。以自动供料加机械臂的操作方式，从而减少生产工序中存在大量粉尘的情况，改善工作环境，减少职业病的发生概率。
图1、机器换人三、转型成效
该项目改造后的隧道窑中，点火、稀土碳酸盐灌装、称重、码垛、插孔、灼烧、拆垛及倒料等工序均由机器人与流水线配合完成，整体工序自动化水平大幅提升。隧道窑自动点火的引入将每次人工点火时间从30分钟降低到5分钟，将原有人工操作时的28分钟每车碳酸盐的速度提升到23分钟，将每班原有7人减少到2人，极大地降低了员工的劳动强度，节省了人工成本。天然气从原来的平均340立降低到307立，自动化连续化作业生产效率大幅提升，产品装车量稳定可控，一次合格率明显改善，倒料工序增加的除尘器也改善了生产现场的工作环境。
该项目将隧道窑点火、稀土碳酸盐灌装、称重、码垛、插孔、灼烧、拆垛、倒料等工序改为机器人和流水线配合作业，实现全工艺自动化生产。操作人员无需在现场，即可完成隧道窑点火、机器人上下料启停等复杂操作，为稀土行业灼烧工序脏累险岗位机器换人行动提供了有效参考价值，促进生产效率和合格率的提升，树立了稀土行业关键工序智能制造新标杆，有效带动稀土产业链高质量发展。该项目已获评2023年度中钢协智能制造典型应用场景。
四、总结
稀土生产环节具有高温、高腐蚀、多成分等特点，适用于智能控制的各类在线检测设备、调节装置等需要定制开发，智能制造通用化、标准化、规模化的推进难度也远大于钢铁制造业等成熟行业。北方稀土近年结合实际工艺特点深入对稀土行业从精矿焙烧到功能材料制备的诸多应用场景的数字化分析解构，加大研发力度，加快产业数字化的步伐。